[發明專利]空間大口徑壓縮光束中繼掃描成像光學系統

有效

• 申請號: 200710178136.1
• 申請日: 2007-11-27
• 公開（公告）號: CN101158746A
• 公開（公告）日: 2008-04-09
• 發明（設計）人: 邱民樸;王世濤;馬文坡;聶云松
• 申請（專利權）人: 北京空間機電研究所
• 主分類號: G02B17/06
• 分類號: G02B17/06;G02B5/08;G02B5/10;G02B26/10;B64D47/08
• 代理公司: 中國航天科技專利中心
• 代理人: 安麗

技術領域

本發明屬于空間光學遙感器光學技術領域，涉及一種空間大口徑壓縮光束多光譜成像光學成像系統。

背景技術

空間紅外成像技術作為空間遙感信息獲取的一種手段，在空間信息獲取方面具有非常重要的價值。常見的應用于空間成像的紅外光學系統主要可以分為面陣凝視成像、推掃式成像和短線陣掃描式成像三大類，目前受制于紅外焦平面探測器技術和大制冷量制冷技術的制約，國內外應用于空間紅外成像的光學系統以短線陣掃描式成像方式居多。

應用于空間紅外成像的掃描式成像系統主要采用物方掃描的形式，這種成像光學系統采用較短的紅外線陣探測器，如圖1所示，通過在小視場的望遠系統前面的光路里加入掃描部件，通過掃描部件進行穿越平臺飛行方向的掃描，并借助于平臺的運動來獲取地物目標的二維圖像。

但是，隨著對較高分辨率的空間紅外成像系統的需求不斷增加，必然要求空間紅外成像光學系統的口徑也隨之增大。使物方掃描成像系統的掃描部件口徑也相應增加。從而帶來了大口徑掃描部件的加工、制備和控制難題，以及系統整體的研制難度。

應用于地面上的前視紅外系統(FLIR)通過透射式的光學系統實現小口徑(量級為厘米)的光束壓縮和大視場的掃描，但是適應性差，對環境的要求高，很難實現大口徑光學系統的壓縮和掃描，而且透射式的光學系統很難實現多譜段掃描成像，不適應空間應用。

發明內容：

本發明的技術解決問題是：克服現有技術的不足，提供一種適合空間應用的大口徑(量級為米)壓縮光束掃描成像系統，從而避免了大口徑掃描鏡的制備、加工和控制的難題，而且環境適應性強，適合空間應用。

本發明解決的技術問題還包括實現了大口徑壓縮光束的多譜段掃描成像。

本發明的技術解決方案：空間大口徑壓縮光束中繼掃描成像光學系統，其特征在于：它主要由無焦望遠系統、掃描裝置以及聚焦系統組成，所述的無焦望遠系統由主反射鏡M1、次反射鏡M2組成的物鏡系統和中繼反射鏡M3組成，中繼反射鏡M3的物方焦點與物鏡系統的像方焦點重合；無焦望遠系統收集地面目標的輻射光束，并對入射光束的口徑進行壓縮以后再以平行光的形式出射，出射光束經過掃描裝置掃描以后進入后面的聚焦成像系統成像。

根據譜段的情況，本發明的光學系統還可以設置分色裝置，接收掃描裝置掃描后的平行光束進行譜段劃分，不同譜段的光束進入相應的聚焦系統成像。

所述的主反射鏡M1為拋物面或橢球面反射鏡，所述的次反射鏡M2為凸雙曲面反射鏡。

當所述的無焦望遠系統的物鏡系統的焦距為f₁，中繼反射鏡M3的焦距為f₂，聚焦系統的焦距為f₃時，則無焦望遠系統的光束壓縮比為M＝f₁/f₂，整個光學系統的焦距f＝M×f₃。

所述的無焦望遠系統入瞳設置在主反射鏡M1上，所述的掃描裝置由平面掃描鏡和驅動電機組成，平面掃描鏡位于無焦望遠系統的出瞳處；此時，所述的平面掃描鏡的光學口徑為主反射鏡M1口徑的1/M，其中M為無焦望遠系統的光束壓縮比。

本發明與現有技術相比的優點：

(1)本發明的大口徑(量級為米)壓縮光束掃描成像系統，通過無焦望遠系統收集地面目標的輻射光束，并對入射光束的口徑進行壓縮以后再以平行光的形式出射，掃描部件的所需的有效通光口徑降低為1/M(其中M為無焦望遠系統中物鏡系統的焦距與中繼反射鏡的焦距之比)從而避免了大口徑掃描鏡的制備、加工和控制的難題，而且環境適應性強，適合空間應用。

(2)本發明的成像系統的分色裝置，對接收掃描裝置掃描后的平行光束進行譜段劃分，實現了多譜段聚焦成像。

(3)在同樣的物方掃描精度下，本發明對掃描部件的掃描線性度和可重復度的要求僅為物方掃描系統的1/M，降低了掃描系統的技術要求；

(4)與小口徑的前視紅外系統相比較而言，空間大口徑壓縮光束中繼掃描成像光學系統不僅實現了大口徑的壓縮光束，避免了大口徑紅外光學材料的制備和加工難題；而且對環境的適應性強，能應用于空間。

(5)反射式無焦望遠系統對空間溫度及其它環境因素影響相對折射式系統而言不敏感，降低了空間紅外成像系統對遙感器溫控系統的要求；

(6)反射式無焦望遠系統無色差，而且經無焦望遠系統出射的光束為平行光，有利于后續的分光設計，從而可以實現紅外多譜段成像；